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Questions and Answers
Welche der folgenden Themen werden in der Einführung in die Biophysikalische Chemie behandelt?
Welche der folgenden Themen werden in der Einführung in die Biophysikalische Chemie behandelt?
Bei einer chemischen Reaktion gibt es immer nur eine Umverteilung von Atomen, keinen Energieumsatz.
Bei einer chemischen Reaktion gibt es immer nur eine Umverteilung von Atomen, keinen Energieumsatz.
False (B)
Was passiert in einem Coldpack, wenn es aktiviert wird?
Was passiert in einem Coldpack, wenn es aktiviert wird?
Es kühlt sich stark ab.
Ein Wärmepad wird durch das Schmelzen eines Salzes im ______ aktiviert.
Ein Wärmepad wird durch das Schmelzen eines Salzes im ______ aktiviert.
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Ordnen Sie die folgenden physikalischen Konzepte ihren Beschreibungen zu:
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Welche Einheit wird für die Arbeit verwendet?
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Energie kann erzeugt oder vernichtet werden.
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Was ist die Formel zur Berechnung der potentiellen Energie?
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Die Formel für die kinetische Energie lautet Ekin = _____ ⋅ m ⋅ v^2.
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Ordne die folgenden Energietypen ihren Definitionen zu:
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Was ist die Formel für die Volumenarbeit, die von einem System verrichtet wird?
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Bei einer Expansion eines geschlossenen Systems nimmt die innere Energie des Systems zu.
Bei einer Expansion eines geschlossenen Systems nimmt die innere Energie des Systems zu.
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Welche Art von Energieübertragung findet in einem metallischen Zylinder mit einem Kolben statt, wenn eine Verbrennungsreaktion exotherm abläuft?
Welche Art von Energieübertragung findet in einem metallischen Zylinder mit einem Kolben statt, wenn eine Verbrennungsreaktion exotherm abläuft?
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Die Arbeit beim Ausatmen ist ______, weil das Volumen der Lunge abnimmt.
Die Arbeit beim Ausatmen ist ______, weil das Volumen der Lunge abnimmt.
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Ordnen Sie die folgenden Konzepte mit ihrer entsprechenden Beschreibung:
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Welche der folgenden Aussagen beschreibt korrekt die Übertragung von Energie bei einer exothermen Reaktion in einem geschlossenen System?
Welche der folgenden Aussagen beschreibt korrekt die Übertragung von Energie bei einer exothermen Reaktion in einem geschlossenen System?
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Volumenarbeit kann sowohl bei der Ausatmung als auch bei der Einatmung verrichtet werden.
Volumenarbeit kann sowohl bei der Ausatmung als auch bei der Einatmung verrichtet werden.
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Wie kann man experimentell die Energieübertragung bei einer exothermen Reaktion nachweisen?
Wie kann man experimentell die Energieübertragung bei einer exothermen Reaktion nachweisen?
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Was passiert im Experiment mit dem fixierten Kolben im Vergleich zum beweglichen Kolben?
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Die innere Energie eines Systems kann direkt gemessen werden.
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Was beschreibt die Formel ΔU = q + w?
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Die Änderung der inneren Energie wird berechnet als ΔU = U2 - U1, wobei U1 die ________ und U2 die ________ inneren Energie darstellt.
Die Änderung der inneren Energie wird berechnet als ΔU = U2 - U1, wobei U1 die ________ und U2 die ________ inneren Energie darstellt.
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Ordne die Konzepte ihren Beschreibungen zu:
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Welche der folgenden Aussagen ist korrekt bezüglich der experimentellen Bestimmung von ΔU?
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In einem thermisch isolierten System kann Wärme zwischen System und Umgebung übertragen werden.
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Was passiert während der Verbrennungsreaktion von Harnstoff?
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Was beschreibt das Konzept der Energie in Bezug auf mechanische Arbeit?
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Ein Joule ist eine große Einheit, die üblicherweise in der Chemie verwendet wird.
Ein Joule ist eine große Einheit, die üblicherweise in der Chemie verwendet wird.
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Was wird durch die Wasserstoffbrückenbindungen im Wasser ermöglicht?
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Ein Joule entspricht _____ N m.
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Ordnen Sie die folgenden Begriffe ihrer Bedeutung zu:
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Welche Aussage ist richtig im Zusammenhang mit der Anomalie der Wärmekapazität von Wasser?
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Arbeit und Wärme sind Formen der Energie.
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Welches Experiment führte James Joule durch, um die Beziehung zwischen mechanischer Arbeit und Temperatur zu demonstrieren?
Welches Experiment führte James Joule durch, um die Beziehung zwischen mechanischer Arbeit und Temperatur zu demonstrieren?
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Was wird bei einem DSC-Thermogramm beobachtet?
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Die Enthalpieänderung eines Prozesses kann aus DSC-Daten berechnet werden.
Die Enthalpieänderung eines Prozesses kann aus DSC-Daten berechnet werden.
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Was muss passieren, damit die Probe und die Referenz bei DSC gleich gehalten werden können?
Was muss passieren, damit die Probe und die Referenz bei DSC gleich gehalten werden können?
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Bei einem endothermen Prozess ist die Temperatur der Probe _____ im Vergleich zur Referenz.
Bei einem endothermen Prozess ist die Temperatur der Probe _____ im Vergleich zur Referenz.
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Ordnen Sie die Begriffe den entsprechenden Definitionen zu:
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Welche Gleichung beschreibt die Beziehung zwischen Wärmefluss, Wärmekapazität und Temperaturänderung?
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Die Temperaturänderung ΔT bleibt konstant während des gesamten Prozesses.
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Was passiert mit der Anfangstemperatur T0 während eines linearen Scans?
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Die Formel zur Berechnung der zusätzlichen elektrischen Leistung lautet _____ .
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Wie wird die zusätzliche Energie qp,ex ausgedrückt?
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Study Notes
Einführung in die Biophysikalische Chemie
- Das Fachgebiet liegt im Grenzbereich von Biochemie, Physik und physikalischer Chemie.
- Es zielt darauf ab, Gesetzmäßigkeiten und Mechanismen in vitro und in vivo zu erstellen und diese in biologischen Prozessen zu untersuchen.
- Es werden thermodynamische und chemische Kinetik-Aspekte behandelt.
- Die Themengebiete lassen sich schwer abgrenzen. Es überschneidet sich häufig mit Bereichen der klassischen Chemie, Biologie und Medizin.
Zentrale Fragen der Biophysikalischen Chemie
- Wann läuft eine biochemische Reaktion freiwillig ab?
- Wie viel Energie wird bei einer Reaktion aufgenommen oder abgegeben?
- Was beeinflusst die Einstellung des Gleichgewichts?
- Wie schnell läuft eine Reaktion ab?
- Welche Faktoren beeinflussen die Reaktionsgeschwindigkeit?
Themenübersicht
- Thermodynamik: Enthalpie, Entropie, Gibbs-Energie, Eigenschaften von Reinstoffen, Mehrkomponentensystemen, Oberflächen, Nicht-kovalente Wechselwirkungen, Assemblierung
- Kinetik: Reaktionsordnung, Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit, Michaelis-Menten Modell, Makromoleküle
Energetische Betrachtung chemischer Reaktionen: Thermodynamik
- Exotherme Reaktionen: ΔH< 0, Energie wird freigesetzt.
- Endotherme Reaktionen: ΔH> 0, Energie wird aufgenommen.
Energetik chemischer Reaktionen
- Chemische Reaktionen beinhalten Umverteilung von Atomen und Energieumsätze.
- Beispiele hierfür sind Coldpacks (exotherm) und Wärmepads (endotherm).
Kraft, Arbeit und Energie
- Kraft (F): Fähigkeit einen Körper zu beschleunigen, Einheit Newton (N).
- Arbeit (w): Durch Beschleunigen eines Körpers wird Arbeit geleistet, Einheit Joule (J).
- Energie (E): Fähigkeit Arbeit zu verrichten, Einheit Joule (J). Energie existiert in verschiedenen Formen (potentiell, kinetisch, elektrisch, Wärme, und chemisch).
- Energie kann nicht vernichtet, aber nur in unterschiedliche Formen umgewandelt werden.
Hauptsatz der Thermodynamik
- Die Energie bleibt erhalten.
- In der Biologie und Medizin gibt es viele Beispiele für Zusammenhänge zwischen Energie und Arbeit.
Systeme und Umgebung
- Umgebung: Großer Raum, konstant, Temperatur, unabhängig vom Energiefluss innerhalb des Systems.
- System: Bereich von besonderem Interesse, in dem Reaktionen oder Prozesse statt finden (z. B. Reaktionsraum, Reaktionsgefäß)
- Systeme: Offene Systeme (Austausch von Energie und Materie), Geschlossene Systeme (nur Energie-Austausch), Abgeschlossene Systeme (kein Austausch).
Wärme und Temperatur
- Wärme (q): Eine Energieform, die zwischen Körpern mit unterschiedlichen Temperaturen fließt.
- Temperatur (T): Maß für die Wärmemenge in einem Körper. Wärme fließt vom Körper mit höherer Temperatur zum Körper mit niedrigerer Temperatur.
- Die Einheit der Wärme ist Joule (J) und die Einheit der Temperatur ist Kelvin (K).
Wärmekapazität
- Wärmekapazität (C): Maß dafür, wie viel Energie erforderlich ist, um die Temperatur eines Körpers um 1°C (oder 1K) zu erhöhen.
- Die Wärmekapazität von Wasser ist hoch, was für das Ökosystem wichtig ist.
- Wärmekapazität von verschiedenen Substanzen variieren.
Wärme und mechanische Energie
- James Joule postulierte die Energieerhaltung durch Experimente.
- Arbeit und Wärme sind Formen der Energieübertragung, aber keine Energieformen selbst.
Thermodynamische Beschreibung des Drucks
- Druck (p): Kraft pro Flächeneinheit.
- Einheit Pascal (Pa), Atmosphärendruck (atm) ist eine übliche Einheit.
Druck-Volumen Arbeit
- Arbeit bei Volumenänderung in einem geschlossenen Gefäß.
- Die Kraft, die gegen die Außenatmosphäre wirkt.
Beispiele für Volumenarbeit
- Zum Ausatmen muss Arbeit geleistet werden.
- Die Arbeit, die beim Ausatmen geleistet wird.
Zusatz zu Volumenarbeit
- Allgemeine Definition der Volumenarbeit: w = -Pex * dV (negatives Vorzeichen)
- Expansion eines geschlossenen Systems führt zu einer Abnahme der inneren Energie.
Reaktionsenergie
- Exotherme Reaktion: Reaktionen, bei denen Wärme frei wird.
- Endotherme Reaktion: Reaktionen, bei denen Wärme aufgenommen wird.
- Die Wärmemenge einer Reaktion wird durch die Reaktionsenthalpie (∆H) ausgedrückt.
Innere Energie
- Innere Energie (U) : Die Summe aller kinetischen und potentiellen Energien in einem System.
- Der Absolutwert der inneren Energie ist nicht bestimmbar.
- Die Energieänderung (=∆U) ist jedoch bestimmbar
Innere Energie U und Arbeit w
- Innere Energie ändert sich, wenn Wärme aufgenommen oder abgegeben wird oder wenn Arbeit geleistet wird.
- Einheit für Energie ist das Joule (J)
- Experimentelle Nachweise werden durch Reaktionen, die in thermisch isolierten Systeme oder in offenen Systemen durchgeführt werden dargestellt.
Reaktionsenthalpie
- Reaktionsenthalpie (∆H): Änderung der Enthalpie eines Systems während einer Reaktion bei konstantem Druck.
Exotherme Reaktionen
- Energie wird in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben.
- Die Reaktionsenthalpie ist negativ (∆H < 0).
Endotherme Reaktionen
- Energie wird aus der Umgebung absorbiert.
- Die Reaktionsenthalpie ist positiv (∆H > 0).
Enthalpie bei konstantem Druck
- Die Enthalpie-Änderung (∆H) ist gleich der Wärmemenge (q), die bei konstantem Druck zugeführt oder entzogen wird.
Messung der Enthalpieänderung
- Kalorimetrie: Untersuchung der Wärmeübertragung bei chemischen und physikalischen Prozessen.
- Kalorimeter: Geräte zur Messung der Energieübertragung.
- Isobares Kalorimeter, Bombenkalorimeter, Differential Scanning Kalorimeter (DSC): Drei gebräuchliche Typen.
Isobares Kalorimeter
- Einfachstes Kalorimeter, mit thermisch isoliertem und offenen Gefäß, bei dem die Wärmeübertragung als Temperaturänderung des Materials im Gefäß gemessen wird.
Adiabates Bombenkalorimeter
- Für Verbrennungsreaktionen.
- Bestimmung der Temperaturdifferenz nach der Verbrennung der Stoffe und der damit verbundenen Energieübertragung.
Differential Scanning Kalorimeter (DSC)
- Vergleicht das Probenverhalten mit einem Referenzmaterial
- Bestimmung der Enthalpieänderung von Reaktionen.
- System: Zwei kleine identische Kammern.
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Description
In diesem Quiz werden grundlegende Konzepte der biophysikalischen Chemie behandelt. Fragen zu chemischen Reaktionen, Energieumsatz, physikalischen Konzepten und Energieformen helfen, das Verständnis für diese Themen zu vertiefen. Teste dein Wissen über wichtige Formeln und Prinzipien der Thermodynamik und Energieübertragung.
